In questo lavoro i tesi si è voluto sperimentare la possibilità di sintetizzare AA partendo da CHD attraverso ossidazione catalitica ad opera di ossigeno molecolare. Per fare ciò sono stati indagati tre tipi di catalizzatori: un eteropoliacido di tipo Keggin di formula H5PMo10V2O40 (POM-V2), un catalizzatore a base di Ru supportato su γ-Al2O3 e un
catalizzatore a base di Au nanoparticellare supportato su TiO2.
Il POM-V2 presenta discrete selettività in AA; il problema è che, appena l’AA si forma, reagisce con il CHD presente nell’ambiente di reazione dando esteri resistenti alle condizioni di reazione. Questi esteri proteggono l’AA da reazioni consecutive, ma ovviamente obbligherebbero ad uno stadio successivo di idrolisi per ottenere l’acido. Viste le grandi quantità di catalizzatore richiesto, i problemi di separazione e di formazione di esteri indesiderati, questo catalizzatore è stato scartato.
I due catalizzatori supportati, in fase eterogenea (Ru supportato e Au1,5) hanno mostrato diverse analogie riguardanti il meccanismo di reazione. In entrambi i casi l’intermedio chiave, che permette di ottenere le maggiori rese in AA, è il 2- idrossicicloesanone (CHD). Da questa molecola, anche in assenza di catalizzatori, si possono ottenere alte rese in AA (intorno al 70%).
Parallelamente si sviluppa da CHD anche CHDO (1,2-cicloesandione) che, al contrario del suo omologo, sfavorisce nettamente la produzione di AA a favore di altri prodotti come AG (o HCPA in condizioni di pH > 13).
È da sottolineare che il ruolo dei due catalizzatori è principalmente quello di influenzare l’evoluzione del CHD agli intermedi di reazione; si nota infatti che le reazioni che si diramano dagli intermedi sono poco influenzate dalla presenza di catalizzatore.
In particolare si nota che l’utilizzo di Ru supportato non ha portato a buoni risultati in termini di resa in AA; questo è dovuto al fatto che il percorso di reazione, in questo caso, passa preferenzialmente attraverso la produzione di CHDO. Invece, nel caso dell’Au1,5 si nota un netto miglioramento della resa in AA, perché questo catalizzatore è attivo in condizioni che limitano la trasformazione successiva di CHD a CHDO.
Il meccanismo di reazione che permette così alte selettività in AA partendo da HCEO non è ancora noto; sono state fatte alcune ipotesi, ma sono necessari opportuni test per la verifica di tali ipotesi.
Per quanto riguarda eventuali applicazioni industriali, il catalizzatore più idoneo tra i tre provati è sicuramente l’Au1,5. Le rese in AA ottenute con questo catalizzatore sono molto incoraggianti, sono però necessarie molte altre determinazioni prima di poter includere questo catalizzatore nelle alternative al processo di sintesi tradizionale dell’AA. Inoltre l’Au nanoparticellare è estremamente costoso; solo una sua stabilità a lungo termine (magari anche attraverso passaggi di rigenerazione) ne giustificherebbe l’utilizzo in un processo di chimica di scala come quello di produzione dell’AA.
Si nota, infine che il percorso di reazione indagato, da CHD ad AA, presenta molti inconvenienti dovuti agli intermedi di reazione e a tutte le reazioni parallele e secondarie che si possono sviluppare. Nel corso di questo lavoro di tesi è stato evidenziato più volte come l’HCEO permetta elevate rese in AA senza l’utilizzo di catalizzatori e senza particolari difficoltà.
Può essere molto interessante prendere in considerazione la possibilità di produrre direttamente AA da quello che, in questa tesi, è stato indicato come un intermedio di reazione.
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